СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛАМИНИРОВАННОГО УПАКОВОЧНОГО МАТЕРИАЛА И УПАКОВОЧНЫЕ КОНТЕЙНЕРЫ, ИЗГОТОВЛЕННЫЕ ИЗ ЭТОГО УПАКОВОЧНОГО МАТЕРИАЛА Российский патент 2004 года по МПК B32B27/10 B32B31/12 B65D65/40 

Область техники

Настоящее изобретение касается способа производства ламинированного упаковочного материала, содержащего сердцевинный слой из бумаги или картона и барьерный слой, нанесенный на одну сторону сердцевинного слоя.

Настоящее изобретение также касается ламинированного упаковочного материала, изготовленного согласно этому способу, а также упаковочных контейнеров, изготовленных из этого ламинированного упаковочного материала. Особенно предпочтительны упаковочные ламинаты, в которых поливиниловый спирт или крахмал в комбинации с наночастицами используют в качестве материала барьерного слоя.

Предшествующий уровень техники

В упаковочной промышленности хорошо известно использование ламинированного упаковочного материала одноразового применения для упаковки и транспортировки жидких пищевых продуктов. Обычно такие ламинированные упаковочные материалы встраиваются из структурно жесткого, но сгибаемого сердцевинного слоя, состоящего из, например, бумаги или картона, чтобы достичь хорошей механической структурной устойчивости. Покрытия пластика, не проницаемые для жидкости, наносятся на обе стороны сердцевинного слоя и эффективно защищают сердцевинный слой из волокна, поглощающего влагу, от проникания влаги. Эти наружные слои обычно состоят из термопластика, предпочтительно полиэтилена, который, кроме того, придает упаковочному материалу превосходные термозапечатывающие свойства, при этом упаковочный материал может быть превращен в готовые упаковки с желаемой геометрической конфигурацией.

Однако ламинированный упаковочный материал, состоящий только из бумаги или картона и жидкоплотного пластика, имеет недостаточную герметичность в отношении газов, в частности кислорода. Это является основным недостатком в упаковке многих пищевых продуктов, таких как, например, фруктовые соки, срок хранения на полке которых значительно ухудшается при контакте с кислородом. Чтобы обеспечить упаковочному материалу дополнительный барьер против газов, особенно против кислорода, из уровня техники известно нанесение слоя, обладающего превосходными кислородобарьерными свойствами, например алюминиевой фольги или поливинилового спирта, на ту сторону сердцевинного слоя, которая предназначена для обращения к внутренней стороне упаковки.

По сравнению с алюминиевой фольгой поливиниловый спирт обладает многими желаемыми свойствами и в результате является предпочтительным в качестве барьерного материала во многих отношениях. Помимо этого, можно упомянуть превосходные прочностные свойства поливинилового спирта в сочетании с пищевой и экономической ценностью вместе с его превосходными кислородобарьерными свойствами. Кроме того, полагают, что он подходит в определенных случаях, с точки зрения окружающей среды и повторного использования, для замены алюминиевой фольги в качестве газобарьерного материала в упаковках для пищевых продуктов.

Так же, как многие другие возможные барьерные или адгезивные полимеры, такие как, например, этиленвиниловый спирт, крахмал, производная крахмала, метилцеллюлоза и другие производные целлюлозы или их смеси, поливиниловый спирт подходящим образом наносят посредством покрывающего процесса, то есть в форме дисперсии или водного раствора, который при нанесении распыляется тонким, равномерным слоем на подложку, а затем сушится. Нашими исследованиями установлено, что один недостаток в этом способе состоит в том, что водная полимерная дисперсия или полимерный раствор, например, поливинилового спирта с добавлением сополимера этилена и акриловой кислоты, который наносят на сердцевинный слой бумаги или картона, проникает в адсорбирующую жидкость волокна сердцевинного слоя. В связи с удалением воды для сушки и возможно для затвердевания нанесенного барьерного слоя сердцевинный слой также подвергается воздействию повышенных температур для сушки и в результате возрастает риск нежелательного образования трещин в картонном или бумажном слое, соответственно, в результате содержания влаги, которое трудна регулировать, и сушки, которая осуществляется в этом слое.

Патент Швеции №.440519 предлагает включение уплотняющего агента, такого как альгинат, для снижения проникания воды в картон. Использование поливинилового спирта в качестве барьерного материала, наносимого на полимерный слой, предотвращающего образование трещин и выравнивающего поверхность картона, было описано в международной публикации WО 97/13639.

Один недостаток состоит в том, что поливиниловый спирт чувствителен к влаге и быстро теряет свои барьерные свойства, когда подвергается воздействию влажной окружающей среды. Это неудобство ранее было устранено согласно международной публикации WО 97/22536 путем комбинирования поливинилового спирта с одним или несколькими известными полимерами, подходящими для пищевых продуктов, например сополимер этилена и акриловой кислоты или сополимер стиролбутадиена. Они предпочтительно образуют в комбинации с поливиниловым спиртом сшитый, хорошо соединенный слой, обладающий превосходными газобарьерными свойствами, в частности кислородобарьерными свойствами, в то время как желаемые превосходные газобарьерные свойства поливинилового спирта сохраняются даже во влажной окружающей среде.

Публикация WО 97/22536 описывает, что поливиниловый спирт, смешанный с сополимером этилена и акриловой кислоты или подобным материалом, может быть нанесен в виде дисперсии на картон, предварительно покрытый полимером, и затем может быть высушен и отвержден при температурах до 170°С с образованием ламинированного упаковочного материала с очень хорошими газобарьерными свойствами.

Не ограничиваясь любой конкретной теорией, предполагают, что улучшенные кислородобарьерные свойства и водонепроницаемые свойства получают благодаря реакции эстерификации между поливиниловым спиртом и сополимером этилена и акриловой кислоты при повышенной температуре отверждения, при этом поливиниловый спирт связывается с помощью гидрофобных полимерных целей сополимера этилена и акриловой кислоты, которые затем встраиваются в структуру поливинилового спирта.

Другой недостаток при использовании, например, поливинилового спирта в качестве барьерного слоя вместо алюминиевой фольги состоит в том, что при хранении чувствительных к свету пищевых продуктов во многих случаях необходимо также включать в упаковочный материал барьер против света некоторого типа. Очевидно, что сердцевинный слой бумаги или картона не позволяет (для невооруженного глаза) прохождение любого света, но свет в диапазоне с невидимой длиной волны все же проникает внутрь с наружной стороны упаковочного контейнера к упакованному пищевому продукту и может оказывать негативное воздействие на него с точки зрения срока хранения на полке. Применение алюминиевой фольги в упаковочном материале обладает таким преимуществом, что алюминиевая фольга сама по себе образует хороший барьер против обоих газов и против света. С другой стороны, поливиниловый спирт практически полностью прозрачен даже при смешивании с гидрофобным полимером, таким как сополимер этилена и акриловой кислоты или сополимер стирола и бутадиена. Добавление традиционных барьеров против света, таких как углеродная сажа и диоксид титана, в любой из пластиковых слоев, включенных в ламинированный упаковочный материал, согласно публикации WО 97/22536 возможно, но будет придавать упаковке неэстетичный, непривлекательный внешний вид.

Еще один недостаток в ламинированном упаковочном материале, включающем барьерные слои из, например, поливинилового спирта, возможно, вместе с другим полимером, состоит в том, что этот упаковочный материал не может быть изготовлен при использовании того же производственного оборудования, что и при производстве упаковочного материала, использующего алюминиевую фольгу в качестве барьерного слоя, что приведет к затратам на капиталовложения для нового производственного оборудования.

Как указано выше, поливиниловый спирт имеет преимущества для окружающей среды в качестве барьерного материала. В дополнение к таким синтетическим материалам исследовалась возможность использования натуральных и биодеградируемых полимеров (биополимеров), таких как крахмал и производные крахмала, в качестве барьерных материалов.

Ранее было известно, что крахмал обладает некоторыми газобарьерными свойствами, когда используется в относительно толстых слоях, например в пленках, имеющих толщину от около 20 до 30 мкм. Такие толстые слои крахмального материала не подходят для использования в упаковочных ламинатах, однако, поскольку они становятся хрупкими и подвержены образованию трещин и разрушению при обработке, например, в процессе ламинирования или при сгибании ламината с образованием упаковки. Кроме того, не являясь гибкими в обработке при производстве и продаже, ламинаты, включающие такие толстые слои крахмала, могут также поглощать влагу и вызывать расслоение между слоем крахмала и его смежными слоями.

Из публикации WО 97/16312 известно, что очень тонкие слои крахмала, нанесенные на сердцевинный слой, могут обеспечить некоторые газобарьерные свойства, по меньшей мере при использовании вместе со смежным слоем пластиков, которые объединялись с крахмальным барьерным слоем, путем экструзионного покрытия пластикового материала. Два очень тонких слоя крахмала, нанесенные в количестве 0,5 и 1 г/м² соответственно (сухого веса) на противоположные стороны сердцевинного слоя картона и каждый из которых покрыт путем экструзии слоем пластиков, обеспечивали кислородный барьер 289 см³/м² в течение 24 часов при 1 атм. Аналогично, два слоя крахмала, нанесенные в количестве 1 и 1,5 г/м² соответственно, обеспечивали кислородный барьер 141 см³/м² в течение 24 часов при 1 атм. Таким образом, полученные результаты сравнивали с газобарьерными свойствами, например, пленки ориентированного полиэтилентерефталата толщиной 12 мкм, таким образом представляя материал со “средней барьерной производительностью”.

Упаковочный материал, раскрытый в публикации WО 97/16312, является, однако, только материалом со средней барьерной способностью. Это означает, что его можно использовать только для упаковки жидких пищевых продуктов для хранения в охлажденном состоянии в течение коротких периодов времени. До настоящего времени из предшествующего уровня техники не было известно производство упаковочных ламинатов, имеющих высокие барьерные свойства из барьерных материалов крахмала или производных крахмала. Тем более, желательна возможность создать упаковочный материал, имеющий достаточные газобарьерные свойства для хранения жидких пищевых продуктов в течение длительного промежутка времени, то есть для длительного срока хранения на полке при хранении в охлажденном состоянии или даже при асептическом хранении. Такие желательные высокие кислородобарьерные свойства составляют порядка 50 см³/м² в течение 24 часов при 1 атм (23°С, 50% отн. влажности) или лучше, например, до 30 см³/м² в течение 24 часов при 1 атм, то есть кислородобарьерные свойства, сравнимые со свойствами, например, поливинилового спирта сополимера этилена и винилового спирта или полиамидов при использовании толщины порядка около 5 мкм.

Патент Франции №268-4922А раскрывает покрытие полимерной пленки, такой как полиэфир с диспергированием амилозного крахмала, содержащего поверхностно-активное вещество, и сушку крахмала при температуре до 180°С. Хорошие газобарьерные свойства получают при уровнях покрытия, составляющих, например, 0,7 г (сухого вещества) /м². Однако нет указания того, что подобные свойства могут быть получены в ламинированном упаковочном материале, имеющем бумажную или картонную сердцевину.

Однако, хотя вышеописанные газобарьерные полимерные материалы способны обеспечить хорошие газобарьерные свойства в упаковочном ламинате, они все еще являются кислородопроницаемыми в некоторой степени, тогда как металлический или стеклянный материал, используемый при упаковке в банки или в бутылки, имеет кислородопроницаемость, по существу равную нулю. Чтобы дополнительно улучшить газобарьерные свойства, полимерный газобарьерный материал может смешиваться с неорганическим слоистым веществом. Такая газобарьерная полимерная композиция, например, описана в Европейском патенте №590263A, где получены превосходные высокие газобарьерные и влагобарьерные свойства. Этот патент описывает способ производства газобарьерной полимерной композиции или ее формованное изделие, включающее пленку, причем эта композиция содержит полимер и неорганическое ламинарное вещество, имеющее размер частиц 5 мкм или менее и соотношение размеров от 50 до 5000, причем способ предусматривает диспергирование неорганического слоистого вещества в полимере или полимерном растворе в состоянии, когда неорганическое слоистое вещество разбухает или расщепляется растворителем/диспергатором и удаление растворителя из дисперсии, если необходимо в форме пленки, при этом поддерживая слоистое вещество в разбухшем состоянии.

Объекты изобретения

В настоящее время мы обнаружили, что ламинированный упаковочный материал, обладающий превосходными барьерными свойствами, в частности против газов, может изготавливаться при использовании способа, который сам осуществляется с использованием традиционного производственного оборудования типа, применяемого при производстве упаковочных материалов с алюминиевой фольгой в качестве барьерного слоя.

Нашими исследованиями установлено, что в картонном упаковочном ламинате для упаковки жидких пищевых продуктов можно получить превосходные высокие кислородобарьерные свойства при использовании газобарьерной композиции, содержащей диспергируемый или растворимый полимер и неорганическое слоистое вещество.

Кроме того, при устранении нанесения жидкой газобарьерной смеси на сердцевинный слой в соединении с ламинированием упаковочного материала мы исключили риск избыточного поглощения влаги в сердцевинном слое и последующее образование трещин при сушке покрытого сердцевинного слоя бумаги или картона.

Согласно первому объекту изобретения создан способ производства ламинированного упаковочного материала, содержащего сердцевинный слой из бумаги или картона и барьерный слой, нанесенный на одну сторону сердцевинного слоя, отличается тем, что жидкостную газобарьерную полимерную композицию, содержащую дисперсию или раствор полимера и неорганическое слоистое вещество, наносят в качестве барьерного слоя на, по меньшей мере, одну сторону несущего слоя и сушат в процессе нагревания для удаления диспергатора или растворителя, после чего несущий слой с нанесенным высушенным барьерным слоем объединяют и постоянно соединяют с одной стороной сердцевинного слоя.

Предпочтительно, неорганическое слоистое вещество или так называемое вещество с наночастицами диспергируется до расслаиваемого состояния, то есть тонкие пластинки слоистого неорганического вещества отделяются друг от друга посредством жидкой среды. Таким образом, это слоистое вещество предпочтительно может разбухать или расщепляться с помощью полимерной дисперсии или раствора, который при диспергировании проникает в многослойную структуру неорганического материала. Оно также может разбухать с помощью растворителя перед добавлением полимерного раствора или полимерной дисперсии. Таким образом, неорганическое слоистое вещество диспергируют до расслаиваемого состояния в жидкой газобарьерной композиции и в сухом барьерном слое.

Выражение “глиняные минералы” включает минералы каолинитового, антигоритного, сукновального, вермикулитного или слюдяного типа соответственно. Особенно лапонит, каолинит, дискит, накрит, галлонзит, антигорит, хризолит, пирофиллит, монтмориллонит, гекторит, натриево-тетракремниевая слюда, натриевый таениолит, обычная слюда, маргарит, вермикулит, флогопит, ксантофиллит и т.п. могут быть упомянуты в качестве пригодных глиняных минералов.

Неорганическое слоистое вещество или глиняный минерал предпочтительно имеет соотношение размеров 50-5000 и размер частиц до 5 мкм в расслоенном состоянии.

Предпочтительно, барьерный слой наносят посредством жидкого пленочного покрытия с водной композицией дисперсии или раствора барьерного полимера, дополнительно содержащего неорганическое слоистое вещество. Например, поливиниловый спирт или поливиниловый спирт и сополимер этилена и акриловой кислоты могут быть нанесены в состоянии водного раствора, в смеси с неорганическим слоистым веществом, при этом крахмал может быть нанесен в водном, частично диспергированном и/или растворенном состоянии, в смеси с неорганическим слоистым веществом.

Предпочтительно, барьерный слой включает от около 1 до около 40 вес.%, более предпочтительно от около 1 до около 30 вес.% и наиболее предпочтительно от около 5 до около 20 вес.% неорганического слоистого вещества от веса сухого покрытия. Если это количество является слишком низким, газобарьерные свойства покрытого и высушенного барьерного слоя не будут заметно улучшены по сравнению с тем, когда не используют неорганическое слоистое вещество. Если это количество является слишком высоким, жидкостную композицию будет трудно наносить в качестве покрытия и труднее обрабатывать в баках для хранения и в каналах системы нанесения.

Предпочтительно, барьерный слой включает от около 99 до около 60 вес.%, более предпочтительно от около 99 до около 70 вес.%, и наиболее предпочтительно от около 95 до около 80 вес.% полимера на основе веса сухого покрытия.

Добавка, такая как стабилизатор дисперсии или т.п., может быть включена в газобарьерную композицию предпочтительно в количестве не более приблизительно 1 вес.% от веса сухого покрытия.

Барьерный слой предпочтительно наносят на несущий слой в количестве в зависимости от типа полимера приблизительно от 0,5 до 20 г/м², более предпочтительно приблизительно 1-10 г/м² на основе сухого веса. Если покрывающее количество является слишком низким, газобарьерные свойства могут ухудшаться, при этом, если это количество является слишком большим, существует риск негибкого барьерного слоя и образования трещин в нем.

Полимер предпочтительно представляет собой полимер с водородной связью, имеющий группы водородной связи или ионные группы в пределах до 20 вес.%, и над молекулами полимера. Более, предпочтительно, полимер имеет функциональные гидроксильные группы и может, например, выбираться из следующего: поливинилового спирта, этиленвинилового спирта, полисахаридов, таких как крахмал, производные крахмала, карбоксиметилцеллюлоза и другие производные целлюлозы, или смеси двух или более из них. Также можно использовать полимеры, имеющие азотсодержащие группы. Наиболее предпочтительно полимер представляет собой полимер, имеющий свои газобарьерные свойства, особенно поливиниловый спирт, крахмал или производные крахмала.

Указанная водная полимерная дисперсия или полимерный раствор, нанесенный в качестве барьерного слоя, может быть высушен и возможно отвержден при температуре поверхности полотна, составляющей приблизительно от 80 до 200°С. Для неотверждающихся материалов предпочтительно обеспечивать температуру приблизительно от 80 до 130°С.

Наиболее предпочтительно, материалы, включающие поливиниловый спирт и неорганическое слоистое вещество, предпочтительно сначала сушат при температурах полотна от 80 до 160°С (предпочтительно 140-160°С) на первой стадии и отверждают при температурах полотна от 170 до 230°С, на второй стадии, приводящей к улучшенному газовому барьеру при 80% отн. влажности. Возможно несущий и барьерный материалы могут охлаждаться между двумя этими стадиями.

Также может быть включен полимер с функциональными группами карбоновой кислоты. Он может вступать в реакцию с полимером с функциональными гидроксильными группами в процессе сушки/затвердевания.

Подходящим образом полимер с функциональными группами карбоновой кислоты выбирают из этиленакрилового сополимера и сополимеров этилена и метакриловой кислоты или их смесей.

Одна особенно предпочтительная смесь барьерного слоя состоит из поливинилового спирта, сополимера этилена и акриловой кислоты и неорганического слоистого вещества. Сополимер этилена и акриловой кислоты предпочтительно включают в барьерный слой в количестве около 1-20 вес.% от веса сухого покрытия.

Другая особенно предпочтительная смесь барьерного слоя состоит из крахмала или производной крахмала и неорганического слоистого вещества.

Возможно, барьерный слой сначала сушат, а затем нагревают до более высокой температуры, так что высушенный барьерный слой затвердевает при температуре до 230°С, предпочтительно приблизительно около 170°С. Высокая температура отверждения может воздействовать в течение небольшого промежутка времени, так чтобы соответствовать скоростям полотна, обычно применяемым в производстве упаковочного ламината.

Несущий слой может состоять из бумаги или пластика или бумаги, покрытой пластиком, а предпочтительные материалы описаны ниже. При использовании бумага предпочтительно является тонкой. В одном варианте выполнения несущий слой предпочтительно состоит из бумаги плотностью приблизительно 5-35 г/м², например 7-25 г/м², более предпочтительно приблизительно 10-20 г/м².

Несущий слой, несущий барьерный материал и сердцевинный слой могут быть созданы вместе различными способами.

Несущий слой, несущий, по меньшей мере, один барьерный слой может быть соединен и объединен с сердцевинным слоем путем экструзии слоя термопластика между ними.

Если несущий слой несет барьерный слой на одной его стороне, он может быть соединен с сердцевинным слоем путем экструзии слоя термопластика между несущим слоем и сердцевинным слоем.

Наружный слой термопластика, предпочтительно полиэтилена, затем наносят на барьерный слой путем экструзии.

Когда несущий слой несет барьерный слой на одной или обеих сторонах, он может быть соединен с сердцевинным слоем путем экструзии слоя термопластика между сердцевинным слоем и барьерным слоем.

Если несущий слой несет барьерный слой на обеих его сторонах, слой термопластика затем может быть нанесен на наружный слой барьерного материала путем экструзии.

Слой пластика, нанесенный между сердцевинным слоем и несущим слоем или указанным барьерным слоем может включать вещество, действующее в качестве барьера против света. Это особенно предпочтительно, когда несущий слой состоит из бумаги или другого визуально непрозрачного материала.

Нашими исследованиями также установлено, что в упаковочном ламинате можно получить высокие кислородобарьерные свойства при использовании газобарьерной композиции, содержащей дисперсию крахмала и подобные материалы и неорганическое слоистое вещество.

Газобарьерный слой, включающий крахмал и неорганическое слоистое вещество, предпочтительно наносят при сухом покрывающем весе от 0,5 до 2 г/м², более предпочтительно от 0,5 до 3 г/м², например от 1,5 до 2 г/м².

Допустимо включать другие полимерные материалы в небольших количествах, которые не влияют на желаемые свойства композиции крахмала и неорганического слоистого вещества. Например, газобарьерный слой может дополнительно содержать небольшое количество растворимых в воде или диспергируемых в воде полимеров, имеющих функциональные гидроксильные группы, например поливиниловый спирт, и карбоксильную группу, содержащую полиолефины, такие как этиленакриловая кислота или их смесь. Количество таких материалов может составлять от 0 до 30%, например от 0 до 20% или от 0 до 10 вес.%.

Предпочтительно, упаковочные ламинаты, включающие крахмал в барьерном слое, содержат слой пластикового полимера, предпочтительно термопластика, например полиэтилена, ламинированного непосредственно с указанным газобарьерным слоем. Наиболее предпочтительно полимер является полиэтиленом низкой плотности. Другие термопластики, которые можно использовать, включают все другие типы полиэтилена (включая линейный полиэтилен низкой плотности, полиэтилен сверхнизкой плотности, полиэтилен очень низкой плотности, католитические металлоценические полиэтилены и полиэтилен высокой плотности, полипропилен и полиэтилентерефталат.

Замечено, что, когда полиэтилен наносят на слой на основе крахмала при высокой температуре, например выше 200°С, газобарьерные свойства улучшаются и можно обеспечить подходящие условия для достижения уровня высокой производительности или приближения к нему. Согласно изобретению предпочтительный способ получения оптимальных свойств состоит в нанесении барьерной композиции на основе крахмала или производной крахмала не на толстый сердцевинный слой, как в публикации WО 97/16312, а на отдельный несущий слой. Затем подходящим образом газобарьерный слой поддерживается несущим слоем из бумаги или пластика.

При использовании бумаги она предпочтительно является тонкой, например, несущий слой может быть выполнен из бумаги, имеющей поверхностный вес от 5 до 35 г/м², предпочтительно от 10 до 25 г/м². Бумага также может быть заранее покрыта слоем пластика.

После нанесения жидкостной композиции из крахмала и неорганического слоистого вещества несущий слой может быть соединен с более толстым сердцевинным материалом, так что упаковочный ламинат содержит сердцевинный слой, имеющий указанный несущий слой на одной стороне его поверхности. Может быть один или несколько слоев, включающих термозапечатывающий слой на другой стороне поверхности сердцевинного слоя.

Поверхность несущего слоя, на которую наносят композицию крахмала или производной крахмала, является, по существу, непроницаемой для жидкого носителя.

Степень, до которой эта поверхность является непроницаемой, может быть измерена путем измерения поверхностной адсорбции, например, путем оценки в единицах Кобба (“Кобб”=г (воды)/м², адсорбируемой на поверхности в течение 60 секунд под воздействием жидкой воды). Адсорбция других жидкостей может быть измерена аналогичным способом. Способ измерения адсорбции по Коббу определен в SCAN - Скандинавские страны пульпы и бумаги Р12-64 и в TAPPI - Техническая ассоциация бумагоделательной промышленности США Т441. Поверхностная адсорбция пластика составляет в общем 1 Кобб, при этом гладкая поверхность бумаги будет, в общем, иметь адсорбцию от около 20 до 30 Кобб. Подходящим образом для использования в изобретении поверхность подложки должна иметь адсорбцию около 50 Кобб или менее, предпочтительно 30 Кобб или менее, более предпочтительно менее 20 Кобб или наиболее предпочтительно адсорбцию 10 Кобб или менее, например менее 5 Кобб.

Предпочтительно, поверхность несущего слоя, на которую наносят композицию из полимера и неорганического слоистого вещества, имеет гладкость, составляющую 200 Bendtsen или лучше. Способ измерения гладкости по Bendtsen определен в SCAN Р21-67 и в TAPPI UM535.

Если подложка является пластиком или имеет пластиковую поверхность, обычно получают такую желаемую гладкость, такую как, например, в пленке из пластика или в бумажном несущем слое, покрытом пластиком.

Одна из причин, по которой высокие барьерные свойства не были достигнуты в публикации WО 97/16312, может состоять в том, что картонный сердцевинный слой не имел требуемой степени непроницаемости, так что используемый водный раствор крахмала мог проникать внутрь поверхности. Это могло оказывать неблагоприятное воздействие во множестве случаев. Здесь затем не могло быть гладкой и неповрежденной поверхности для слоя крахмала вследствие проникания по существу в картон. Альтернативно или дополнительно сушка картона для сушки слоя крахмала могла вызывать деформацию поверхности картона и, следовательно, растрескивание слоя крахмала. Эти проблемы устраняются, когда крахмал наносят на отдельный, гладкий, непроницаемый несущий слой, который затем ламинируют на сердцевинный слой.

Обычно ожидаемая гладкость поверхности картона, используемого в публикации WО 97/16312, составляет 500-600 Bendtsen. Такая гладкость сама по себе может воспрепятствовать получению гладкого и неразрушенного слоя крахмала или приводит к появлению тонких областей, обеспечивающих путь для переноса кислорода.

Чтобы избежать трещин, проколов или деформаций в барьерном композиционном слое крахмала или слое производной крахмала и неорганического слоистого вещества, предпочтительно, чтобы поверхность, на которую его наносят, являлась гладкой, например, чтобы поверхность подложки имела гладкость 200 Bendtsen или лучше (то есть меньше), например до 150 Bendtsen, наиболее предпочтительно до 100 Bendtsen.

Материалы, описанные в качестве носителей для использования с крахмалом, также можно использовать с другими барьерными материалами, используемыми согласно первому объекту изобретения. Однако, вообще, пластиковый пленочный носитель или тонкий бумажный носитель, покрытый пластиком, является предпочтительным при использовании крахмала, а использование тонкой бумаги или тонкого бумажного носителя, покрытого пластиком, является предпочтительным для барьерных материалов, таких как поливиниловый спирт, который можно нагревать до температур выше 100°С для сушки и отверждения.

Крахмал для использования по изобретению может быть любого традиционного типа, хотя некоторые крахмалы обеспечивают лучшие результаты, чем другие при используемых условиях. Предпочтителен модифицированный картофельный крахмал, такой как Raisamyl 306 (Raisio), который является окисленным гипохлоридом. Другие приемлемые крахмалы включают кукурузный крахмал и производные, такие как Cerestar 0577 гидроксипропилированный кукурузный крахмал.

Производные крахмала, которые подходят для использования по изобретению, включают окисленный крахмал, катионный крахмал и гидроксипропилированный крахмал.

Будет понятно, что, когда газобарьерное свойство упаковочных ламинатов по изобретению упоминается как обеспечиваемое конкретным материалом, например композицией крахмала или производной крахмала и неорганического слоистого вещества, оно не исключает случая, когда газобарьерное свойство является результатом взаимодействия между упомянутым материалом и смежным слоем в ламинате, скорее, чем плотностные свойства указанного материала, рассматриваемые отдельно.

Может быть, что механизм, способствующий улучшению барьерных свойств, отмечаемому при нанесении полиэтилена при высокой температуре на слой крахмала, возникает из проникания молекул полиэтилена в крахмал, заменяющих воду в кристаллах крахмала. Можно использовать другие полимеры, производящие подобный эффект.

Указанные пластиковые слои можно наносить на указанную композицию крахмала или производной крахмала и неорганического слоистого вещества путем экструзии из расплава или можно наносить в виде предварительно образованной пленки путем горячего ламинирования под давлением, например, с помощью нагретого валика. В общем, можно использовать любые технологии в соответствии с этим предпочтительным вариантом выполнения, которые обеспечивают требуемую модификацию барьерных свойств крахмала.

Предпочтительно пластиковый слой соединяется со слоем крахмала или производной крахмала и неорганического слоистого вещества при температуре по меньшей мере 200°С, предпочтительно от 250 до 350°С, наиболее предпочтительно от 250 до 330°С.

Согласно второму объекту изобретения создан ламинированный упаковочный материал, который изготовлен согласно вышеописанному способу.

Согласно третьему объекту изобретения упаковочный контейнер изготовлен путем образования сгибов ламинированного упаковочного материала в форме листа или полотна, полученного посредством вышеописанного способа.

При нанесении на отдельной стадии производства жидкостной композиции из полимерной дисперсии или полимерного раствора и неорганического слоистого вещества в качестве барьерного слоя на, по меньшей мере, одну сторону несущего слоя, при сушке барьерного слоя в процессе нагревания для удаления жидкостной среды, предпочтительно воды, и после объединения и постоянного соединения несущего слоя с нанесенным высушенным барьерным слоем с одной стороны сердцевинного слоя будет получен ламинированный упаковочный материал с барьерным слоем, обладающим превосходными барьерными свойствами.

Благодаря тому, что барьерный слой не сушат и не отверждают при повышенной температуре в связи с ламинированием упаковочного материала, риск избыточного поглощения влаги в сердцевинном слое и высушивания сердцевинного слоя из бумаги или картона с последующим риском образования трещин в сердцевинном слое полностью исключен.

Предполагая, что пластиковый слой, нанесенный между сердцевинным слоем и бумажным несущим слоем, может включать вещество, служащее в качестве светового барьера, идеально углеродную сажу, может быть получен светобарьерный слой, непривлекательный черный внешний вид которого можно скрыть в слое между сердцевинным слоем и тонким бумажным слоем, несущим барьерный слой.

Одно важное преимущество способа согласно настоящему изобретению состоит в том, что барьерный слой, производимый на отдельной стадии, можно использовать в производстве ламинированного упаковочного материала соответствующим образом и при использовании соответствующего производственного оборудования, которое используется на сегодняшний день в производстве упаковочных материалов с алюминиевой фольгой в качестве кислородного барьера.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение теперь будет описано более подробно ниже с помощью не ограничивающих примеров способов, а также упаковочных ламинатов, получаемых посредством этого способа, согласно предпочтительным вариантам выполнения изобретения и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено следующее:

фиг.1 схематично показывает способ производства несущего слоя с наносимым на него барьерным слоем согласно изобретению;

фиг.2 схематично показывает способ производства ламинированного упаковочного материала согласно изобретению;

фиг.3 изображает вид в сечении ламинированного упаковочного материала согласно изобретению;

фиг.4 изображает вид сверху в перспективе традиционного, структурно стабильного упаковочного контейнера, изготовленного из ламинированного упаковочного материала согласно изобретению;

фиг.5 (а, b, с, d) изображает схематичные виды в сечении четырех различных ламинированных упаковочных материалов согласно конкретным вариантам выполнения изобретения;

фиг.6 (а, b, с, d) схематично показывает способы производства соответствующих ламинированных упаковочных материалов, показанных на фиг.5.

На фиг.1 и 2 схематично показан способ согласно изобретению, выбранный в качестве примера для производства ламинированного упаковочного материала 10, показанного на фиг.3. Полотно несущего слоя 11, например, из тонкой бумаги, которая может быть предпочтительно покрыта тонким слоем пластика, разматывают с бобины 12 и направляют мимо средства 13 для нанесения (идеально - устройство для покрытия жидкостной пленкой), расположенного смежно полотну, посредством которого, по меньшей мере, один барьерный слой 14 водной композиции, содержащий дисперсию или раствор полимера и неорганическое слоистое вещество, наносят на одну сторону несущего слоя 11 в виде, по существу, связующего барьерного слоя 14. В случае бумажного несущего слоя, покрытого пластиком, дисперсию или раствор полимера предпочтительно наносят на сторону, покрытую пластиком. Количество наносимого раствора может изменяться, но предпочтительно так, чтобы образовался вполне целостный и неповрежденный слой после сушки, например, приблизительно 0,5-20 г/м², предпочтительно 1-10 г/м², на основе сухого веса.

При использовании композиции из поливинилового спирта и неорганического ламинарного вещества несущий слой 11 предпочтительно состоит из слоя тонкой бумаги плотностью приблизительно 5-35 г/м², предпочтительно 7-25 г/м², более предпочтительно 10-20 г/м², но также может быть пластиковой пленкой. Однако тонкая бумага обеспечивает преимущество в том, что ее размеры не меняются при повышении температуры в связи с сушкой и возможным отверждением, которые не применяют для пластика. В общем, когда наносимый пластик должен отверждаться при температуре выше 130°С, использование пластиковой пленки в качестве несущего слоя не рекомендуется.

Барьерный слой 14 наносят на несущий слой 11 в виде водной композиции, содержащей дисперсию или раствор полимера и неорганическое слоистое вещество, причем эта композиция включает полимер с теми свойствами, которые желательны для добавления в упаковочный ламинат в виде покрывающего слоя, например полимер с функциональными гидроксильными группами, например, поливиниловый спирт, этиленвиниловый спирт, крахмал, производные крахмала, карбоксиметилцеллюлоза и другие производные целлюлозы и их смеси.

Барьерный слой 14 также может включать гидрофобный полимер, как описано в публикации WO 97/22536, например сополимер стирола и бутадиена.

Барьерный слой 14 также может включать полимер с функциональными группами, которые вступают в реакцию с функциональными гидроксильными группами в вышеупомянутом полимере для получения сшитого барьерного слоя 14. Такие полимеры могут быть полиолефинами, модифицированными карбоновыми кислотными группами или привитыми сополимерами с мономерами, содержащими карбоновые кислотные группы в олефиновом гомополимере или сополимере. Альтернативно, такие полимеры могут быть произвольно выбранными сополимерами олефиновых мономеров и мономеров, содержащих функциональные карбоновые кислотные группы, такие как карбоновые кислоты, ангидриды карбоновой кислоты, соли металлов карбоновых кислот или их производные. Конкретные примеры подходящих функциональных полиолефинов включают гомополимеры или сополимеры полиэтилена и полипропилена, привитые ангидридом малеиновой кислоты, сополимер этилена и акриловой кислоты или сополимер этилена и метакриловой кислоты, или произвольно выбранные сополимеры.

Наиболее предпочтительно, чтобы барьерный слой 14 включал смесь поливинилового спирта, сополимера этилена и акриловой кислоты и неорганическое слоистое вещество. Соотношение концентраций компонентов между поливиниловым спиртом и сополимером этилена и акриловой кислоты в барьерном слое 14 должно быть таким, чтобы поливиниловый спирт мог образовывать поверхностную защиту против переноса газа в упаковочный ламинат, в то время как количество сополимера этилена и акриловой кислоты должно быть достаточным для образования связующей фазы, которая частично защищает поливиниловый спирт и частично эффективно препятствует переносу жидкости через полимер барьерного слоя 14 или предотвращает этот перенос.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения барьерный слой 14 включает смесь крахмала и неорганического слоистого вещества.

Полотно несущего слоя 11 направляют после нанесения покрытия дальше мимо сушильного устройства 15, например инфракрасного сушильного устройства или сушильного устройства с горячим воздухом, которое действует на покрытую сторону несущего слоя 11 для удаления воды и сушки нанесенного барьерного слоя 14 при температуре поверхности полотна, составляющей приблизительно 80-100°С, предпочтительно около 90-95°С, и (где это применяется) температуре отверждения для сшивания функциональных групп, включенных в покрытую полимерную смесь, температура поверхности полотна составляет до около 190°С, предпочтительно 170°С.

Наконец, готовый несущий слой 11 с нанесенным барьерным слоем 14 сворачивают в рулон и его можно впоследствии хранить или непосредственно использовать в традиционном процессе ламинирования для производства ламинированного упаковочного материала 10, обладающего превосходными газобарьерными свойствами.

Несущий слой 11 с нанесенным барьерным слоем 14 идеально можно использовать для производства упаковочного материала 10 соответствующим образом и при использовании соответствующего производственного оборудования, используемого при производстве упаковочного материала с алюминиевой фольгой в качестве барьерного слоя. Фиг.2 показывает полотно структурно жесткого, но сгибаемого сердцевинного слоя плотностью около 100-500 г/м², предпочтительно около 200-300 г/м², который может быть традиционным волокнистым слоем бумаги или картона подходящего упаковочного качества. Сердцевинный слой 16 направляют через зазор между двумя вращающимися валками 17 и объединяют с полотном несущего слоя 11, с высушенным или отвержденным барьерным слоем 14 в процессе нанесения при использовании экструдера 18 одного или нескольких слоев экструдируемого термопластика 19, предпочтительно полиэтилена, между сердцевинным слоем 16 и несущим слоем 11. Как показано, барьерный материал 14 предпочтительно расположен на наружной поверхности несущего слоя, но альтернативно может находиться на внутренней поверхности.

Ламинируемое таким образом полотно, наконец, направляют через зазор между двумя вращающимися валками 20 при одновременном нанесении тонких слоев 21, 22 экструдируемого термопластика, предпочтительно полиэтилена, против обеих наружных сторон экструдера 23, использующего полотно, при этом готовый ламинированный упаковочный материал 10 по изобретению получает сшитую структуру, схематично показанную на фиг.3. Альтернативно, два экструдера 23 могут быть расположены последовательно для последовательного экструдирования тонких слоев 21 и 22 термопластика на соответствующих наружных сторонах ламинированного полотна.

Два пластиковых слоя 21 и 22 обеспечены для их целей, с одной стороны, для защиты упаковочного материала 10 от проникания влаги и сырости снаружи и также основной функции обеспечения упаковочного материала, запечатываемого путем традиционного, так называемого термозапечатывания, при этом взаимно обращенные слои пластика могут быть соединены вместе при подаче тепла и давления посредством плавления поверхности. Операция термозапечатывания обеспечивает механически прочные, жидкоплотные запечатывающие соединения в процессе превращения упаковочного материала в готовые упаковочные контейнеры.

Наружный пластиковый слой 22, который наносят на упаковочный материал 10, на ту сторону сердцевинного слоя 16, которая в готовом упаковочном контейнере предназначена для обращения к наружной стороне, может быть снабжен подходящей печатной информацией декоративного и/или информационного характера для идентификации упакованного продукта.

Из ламинированного упаковочного материала по настоящему изобретению можно производить жидкоплотные, устойчивые в размерах упаковки, обладающие превосходными кислородобарьерными свойствами, при использовании известных упаковочных и заполняющих машин, которые в непрерывном процессе формируют, заполняют и запечатывают материал в готовые упаковки 50. Пример такого традиционного упаковочного контейнера 50 показан на фиг.4.

При первом соединении продольных краев ламинированного упаковочного материала 10 в форме полотна в трубу, которую заполняют предполагаемым содержимым, после чего отдельные упаковки 50 отделяют от полотна путем повторного поперечного запечатывания трубы ниже уровня содержимого. Упаковки 50 отделяются друг от друга посредством разрезания в поперечных областях запечатывания и получают желаемую геометрическую конфигурацию, обычно в форме параллелепипеда, путем окончательного образования сгиба и операции запечатывания.

Следует отметить, что различные упаковочные ламинаты согласно изобретению могут содержать множество слоев в дополнение к слоям, показанным на чертежах. Таким образом, для специалиста в данной области будет очевидно, что количество слоев может меняться и что описание показанных вариантов выполнения не следует поэтому рассматривать как ограничивающее настоящее изобретение.

Фиг.5а схематично показывает поперечное сечение ламинированного упаковочного материала согласно простому варианту выполнения изобретения, обозначенного в общем позицией 10а, при этом фиг.6а схематично показывает способ (обозначенный позицией 20а) производства структуры несущего слоя, используемой в материале 10а. Материал 10а содержит несущий слой 11, поверхность которого имеет гладкую, по существу, не адсорбирующую структуру. Несущий слой 11 может быть пластиковой пленкой или тонкой бумагой, имеющей указанное качество поверхности. Тонкая бумажная подложка, имеющая поверхностный вес около 5-35 г/м², не может много адсорбировать из жидкостной барьерной композиции, поскольку она является очень тонкой и поскольку такие поступающие на рынок тонкие бумаги имеют очень ровные и гладкие жесткие поверхности. Наиболее пригодной бумагой для этой цели является так называемый пергамин, который, однако, является достаточно дорогим по сравнению с другими поступающими на рынок бумагами. Подходящим образом бумага может быть MG Крафт бумагой (Munksjo) от около 5 до около 35 г/м² поверхностного веса, причем MG означает, что бумага является гладкой на одной поверхности, которая расположена там, куда предпочтительно наносят крахмал. Когда барьерная композиция включает крахмал или производные крахмала, несущий слой 11 наиболее предпочтительно является пластиковой пленкой или тонким бумажным носителем, покрытым пластиком, поскольку он имеет наиболее предпочтительные поверхностные свойства.

Тонкий слой водной композиции, содержащей раствор или дисперсию крахмала и неорганическое слоистое вещество, наносят на верхнюю сторону полотна слоя 11 подложки, которое направляют, как указано стрелкой, от бобины (на чертеже) к позиции 13а для нанесения покрытия. Водную композицию предпочтительно наносят посредством технологии покрытия жидкостной пленкой так называемого “дисперсионного покрытия” или “влажного покрытия”, которая хорошо известна в предшествующем уровне техники нанесения покрытия из водных растворов и дисперсий, но также подходят другие способы покрытия согласно изобретению в зависимости от вязкости композиции. Водную композицию, включающую крахмал, предпочтительно наносят в таком количестве, что нанесенный и высушенный барьерный слой 14 имеет толщину/поверхностный вес от около 0,5 до около 3 г/м².

Полотно, покрытое водным раствором, направляют дальше к позиции 15а сушки, на котором полотно сушат с помощью сушильного устройства для удаления воды из нанесенного водного раствора крахмала. Сушка может осуществляться посредством любого традиционного сушильного устройства, такого как инфракрасное сушильное устройство или воздушное сушильное устройство. Предпочтительно, сушка осуществляется при температуре от около 80-100°С.

От позиции 15а сушки высушенное полотно, имеющее верхний слой 14 крахмала и неорганического слоистого вещества, направляют дальше к позиции 23а экструдирования, на котором полотно и барьерный слой дополнительно ламинируют с пластиковым слоем 21. Ламинирование поверхности крахмала с пластиковым слоем осуществляют посредством поверхностного плавления между пластиковым слоем и слоем, включающим крахмал 14, которое получают путем одновременного приложения тепла и нанесения пластика. Предпочтительно, расплавленный полимер экструдируют на высушенный слой крахмала в то же время, когда полотно направляют через зазор между двумя вращающимися охлаждающими валиками 24а, таким образом формируя готовый ламинированный упаковочный материал, обеспечивая верхние три слоя упаковочного материала 10а, как показано на виде в сечении на фиг.5а, имеющего наружный слой пластика 21, ламинированный со слоем 14 крахмала. Экструдированный пластиковый материал является (предпочтительно) термопластиковым полимером, предпочтительно полиэтиленом и наиболее предпочтительно полиэтиленом низкой плотности, который позволяет эффективное превращение упаковочного материала 10а в жидкоплотный, стабильный в размерах упаковки путем термозапечатывания. Температура экструдирования должна составлять по меньшей мере 200°С, предпочтительно от около 250 до около 330°С.

Альтернативно, указанное поверхностное плавление между слоем 14 крахмала и пластиковым слоем 21 может быть получено путем ламинирования предварительно изготовленной пленки из термопластика с высушенным слоем 14 крахмала посредством одновременного приложения тепла и давления, предпочтительно посредством направления покрытой крахмалом подложки и пластиковой пленки вместе через зазор между горячими валиками, при этом температура, обеспечиваемая горячими валиками, составляет, по меньшей мере, 200°С и до около 350°С, предпочтительно от около 250 до около 330°С.

Произведенные таким образом трехслойные ламинаты могут затем ламинироваться с картонным слоем 16, как показано на фиг.5а, посредством экструзионного ламинирования с промежуточным слоем 19 термопластикового полимера, предпочтительно полиэтилена, для производства упаковочного материала 10а.

Фиг.5b схематично показывает вид в сечении ламинированного упаковочного материала 10b согласно другому варианту выполнения изобретения, а фиг.6с схематично показывает способ (обозначенный позицией 20b) производства материала 10b.

Согласно этому варианту выполнения изобретения подложка или несущий слой 11 покрывают с обеих сторон водной барьерной композицией таким же способом, как описано в варианте выполнения на фиг.5а и 6а.

Следовательно, упаковочный материал 10b, изготовленный посредством способа, показанного на фиг.6b, содержит несущий слой 11, как описано выше, тонкий слой 14,14' барьерной композиции, наносимой на каждую сторону слоя 14 подложки, и наружные пластиковые слои 21,21', ламинированные с наружными сторонами соответствующего барьерного слоя. В случае крахмала в барьерном слое наружные слои пластика наносят посредством поверхностного плавления с барьерным слоем крахмала, полученного посредством одновременного приложения тепла, как описано выше. Такая структура слоев обеспечивает двойной газобарьерный эффект.

Соответственно, в способе на фиг.6b тонкий слой водной барьерной композиции наносят на каждую сторону полотна несущего слоя 11, которое направляют, как указано стрелкой, от бобины (на чертеже) к позиции 13b для нанесения покрытия. Водную композицию, включающую крахмал и неорганическое слоистое вещество предпочтительно наносят посредством технологии дисперсионного покрытия в таком количестве на каждую сторону слоя подложки 11, чтобы нанесенные и высушенные слои 14, 14' крахмала, каждый, имели толщину/поверхностный вес от около 0,5 до около 3 г/м².

Водную композицию, включающую поливиниловый спирт и неорганическое слоистое вещество предпочтительно наносят в таком количестве, чтобы нанесенные и высушенные слои 14, 14' крахмала, каждый, имели толщину/поверхностный вес от около 1 до около 10 г/м².

Полотно, покрытое водным раствором, направляют дальше к позиции 15b сушки, на котором полотно сушат с помощью сушильного устройства для удаления воды из нанесенного водного раствора крахмала. Предпочтительно, сушка осуществляется при температуре от около 80-100°С, как описано выше. Возможно, высушенный барьерный слой затем отверждают при высокой температуре, как описано выше.

От позиции 15b сушки высушенное полотно, имеющее верхний барьерный слой 14 и нижний барьерный слой 14', направляют дальше через сгибающий валик 25 к позиции 23b экструдирования, на котором полотно дополнительно покрывают слоем 21 пластика на каждой стороне. Таким образом, слои 21 и 21' наносят посредством соответствующих экструдеров 26, 27, работающих на каждой стороне полотна. Расплавленный полимер экструдируют на высушенные барьерные слои, в то же время, когда полотно направляют через зазор между двумя вращающимися охлаждающими валиками 24b, в принципе, как описано выше, таким образом формируя готовый упаковочный материал 10b, как показано на виде в сечении на фиг.5b. Материал 10b объединяют с сердцевинным слоем и формируют в готовую упаковку, как показано на фиг.4.

Фиг.5с, таким образом, схематично показывает вид в сечении ламинированного упаковочного материала 10с согласно альтернативному варианту выполнения изобретения, тогда как фиг.6с схематично показывает способ (обозначенный позицией 20с) производства материала 10с.

Бумажный или картонный сердцевинный слой для использования в изобретении обычно имеет толщину от около 100 мкм до около 400 мкм и поверхностный вес около 100-500 г/м², предпочтительно около 200-300 г/м².

Согласно способу 20с первое полотно сердцевинного слоя 16 направляют, как указано стрелкой, от бобины (на чертеже) к позиции 28 экструзионного ламинирования, на котором второе полотно слоя 11 подложки, имеющее высушенный слой барьерной композиции, нанесенной на каждую сторону 14, 14', накладывают и ламинируют с сердцевинным слоем посредством промежуточного экструдированного из расплава ламинируемого слоя 19 термопластикового полимера, предпочтительно полиэтилена и наиболее предпочтительно полиэтилена низкой плотности.

Полотно ламинированных сердцевинного, барьерного и несущего слоев 16' дальше направляют к позиции 29 экструдирования, на котором наружный слой термопластика 21, 22, такого как предпочтительно полиэтилен низкой плотности, дополнительно экструдируют на каждую сторону ламината 16', так что барьерный слой на наружной стороне слоя 11 подложки, противоположной стороне, которая ламинирована с сердцевинным слоем, а также противоположную сторону сердцевинного слоя 16, покрывают экструдированным термопластиком, таким образом формируя слои 21 и 22.

Подходящие термопластики для наружного слоя 14 являются полиолефинами, предпочтительно полиэтиленами и наиболее предпочтительно полиэтиленами низкой плотности, такими как, например, линейный полиэтилен низкой плотности или каталитические металлоценические полиэтилены с одним узлом решетки. Наружный слой 22, который в итоге образует наружную сторону упаковочного контейнера, изготовленного из ламинированного упаковочного материала, может альтернативно наноситься на сердцевинное полотно 16 на стадии перед стадиями нанесения покрытия и сушки барьерной композиции.

Фиг.5d схематично показывает вид в сечении ламинированного упаковочного материала 10d согласно другому варианту выполнения изобретения, тогда как фиг.6а схематично показывает способ (обозначенный позицией 20d) производства материала 10d. Упаковочный материал 10d изготовлен путем нанесения и сушки тонкого слоя водной барьерной композиции, содержащей дисперсию или раствор полимера и неорганическое слоистое вещество 14, на верхнюю сторону несущего слоя 11, который состоит из пластиковой пленки, как описано в способе 20а выше, на начальной стадии.

Согласно способу 20d первое полотно сердцевинного слоя 16 направляют, как указано стрелкой, от бобины (на чертеже) к позиции 28' экструзионного ламинирования, на котором второе полотно слоя 11 подложки, имеющее высушенный слой барьерной композиции, нанесенной на одну сторону, накладывают так, что барьерный слой 14 направлен к сердцевинному слою, и ламинируют с сердцевинным слоем посредством промежуточного экструдированного из расплава ламинируемого слоя термопластикового полимера, предпочтительно полиэтилена и наиболее предпочтительно полиэтилена низкой плотности. Несущий слой 11, то есть пластиковая пленка, может образовать наружный слой упаковочного материала, который должен быть направлен внутрь, в упаковочный контейнер, изготавливаемый из него, таким образом обеспечивая внутренний слой контейнера. На конечной станции 29' экструдирования наружный термопластиковый слой 17 наносят посредством экструзионного покрытия.

Проблема ламинированных материалов, например, описанных в WO 97/16312, состоит в том, что их производство потребует совершенно других машин в процессе ламинирования и превращения, чем при производстве картонных ламинирующих материалов, использующих алюминиевую фольгу в качестве газобарьерного слоя, которые традиционно используют. Такие ламинированные упаковочные материалы изготавливают путем экструзионного ламинирования картонной подложки с барьерной фольгой при использовании полиэтилена. Напротив, как видно из вышеописанного, несущий слой пластика или тонкая бумага, несущая барьерную композицию, содержащую полимер с водородными связями и неорганическое слоистое вещество, покрываемую на одну или обе поверхности, с уже нанесенным на слой крахмала или на один или оба пластиком или без пластика может просто заменить алюминиевую фольгу в традиционных машинах при небольшом регулировании. Приготовление несущего материала, несущего газовый барьер, может выполняться полностью отдельно на другом оборудовании, если необходимо, так что существующая линия превращения на предприятии может легко быть приспособлена для использования новых материалов.

Таким образом, дополнительное важное преимущество предпочтительного варианта выполнения показанного способа состоит в том, что стадии нанесения и сушки жидкостной газобарьерной композиции могут осуществляться вне производственной линии ламинирования, таким образом избегая дорогостоящих модификаций и реконструкции ламинирующего оборудования в производстве ламинированных упаковочных материалов, имеющих сердцевинный слой. При нанесении барьерного слоя на тонкий несущий слой, такой как пластиковая пленка или тонкая бумага, имеющая гладкую, по существу, неадсорбирующую поверхность, в последующем ламинировании с дополнительными слоями пластика и сердцевинным слоем, операция ламинирования может осуществляться при использовании того же оборудования и процессов, которые используют на сегодняшний день при ламинировании, например, алюминиевой фольги и внутренних слоев.

Из заготовок ламинированного упаковочного материала 10 в форме листа или полотна, предпочтительно предварительно сложенных и окрашенных, производят жидкоплотные, стабильные в размерах упаковки типа одноразовых упаковок в соответствии с традиционной технологией “отформовать - заполнить - запечатать”, согласно которой упаковки формуют, заполняют и запечатывают посредством современных, рациональных упаковочных и заполняющих машин. Из, например, полотна ламинированного упаковочного материала производят такие упаковки, в которых полотно сначала формируют в трубу путем соединения обоих продольных краев друг с другом посредством термозапечатывания в продольном перекрывающем соединительном шве. Трубу заполняют подходящим содержимым, например жидким пищевым продуктом, и разделяют на отдельные упаковки путем повторного поперечного запечатывания трубы, поперечно через продольную ось трубы, ниже уровня содержимого в трубе. Упаковки в итоге отделяют друг от друга посредством поперечных разрезов вдоль поперечных швов, таким образом формируя подушкообразные запечатанные упаковки. Подушкообразные упаковки, как таковые, можно продавать или сначала придать им желаемую геометрическую форму, обычно форму параллелепипеда, посредством дополнительной операции формования и термозапечатывания известным образом.

При использовании способов и материалов, описанных выше, путем нанесения водной барьерной композиции, содержащей дисперсию/раствор крахмала или производной и неорганическое слоистое вещество, на слой подложки для поддержания барьерного слоя, который состоит из конкретно выбранного материала, в комбинации с последующей сушкой и ламинированием с пластиковым слоем посредством плавления поверхности пластика, получают значительно улучшенные кислородобарьерные свойства в ламинированных упаковочных материалах по сравнению с материалами, раскрытыми в публикации WО 97/16312. Усовершенствование в газобарьерных свойствах ламинированного барьерного слоя было радикально улучшено в превосходный так называемый слой с высокой барьерной производительностью. Лучшие газобарьерные результаты получали, когда слой подложки состоял из полимера или имел поверхность, покрытую полимером, а также тонкий бумажный слой, имеющий поверхностный вес около 7-35 г/м², с гладкими, по существу, неадсорбирующими поверхностями; обеспечиваются улучшенные газобарьерные свойства по сравнению со свойствами, известными ранее, в связи с композициями, включающими крахмал.

Оптимальные газобарьерные свойства в случае барьерной композиции, содержащей крахмал, которые являются, как полагают, по меньшей мере частично, результатом качества поверхности, то есть гладкости и способности отталкивать жидкость, получены при использовании несущего слоя из пластика или имеющего поверхность из пластика. Пока механизм эффекта, полученного при использовании соединяемой плавлением области между крахмальным полимером и пластиковыми слоями, не полностью понят, оптимальные газобарьерные свойства также частично могут быть результатом существования такой области, образованной на обеих сторонах слоя, содержащего крахмал, поскольку несущий слой, на который наносят композицию, содержащую крахмал, является пластиковым слоем, и явление такого типа может возникать в этой области при приложении тепла к слоям, содержащим крахмал, и пластиковым слоям.

Газобарьерный слой, содержащий крахмал согласно изобретению, предпочтительно наносят в количестве от около 0,5 до 5 г/м² сухого веса. При количествах ниже чем 0,5 г/м² допустимые отклонения толщины слоя, а также газобарьерных свойств станут менее надежными. С другой стороны, при количествах, превышающих около 3 г/м², увеличится опасность того, что барьерный слой на основе крахмала станет хрупким и негибким. Однако для некоторого типа упаковок возможны количества, нанесенные до около 5 г/м² сухого веса, и может быть приемлемо использование даже больших количеств. Газобарьерные свойства слоя с крахмальной композицией в общем улучшаются с увеличением толщины. Оптимальное и предпочтительно наносимое количество крахмала составляет от около 1,5 до 2 г/м².

Пример приготовления 1

Водную дисперсию от около 1 до 5 вес.% расщепленного минерала в виде хлопьевидных частиц (природных, например монтмориллонит, или синтетических, например лапонит), имеющую соотношение размеров около 50-5000, смешивали с водным раствором около 5-30 вес.% поливинилового спирта (имеющим молекулярный вес 16000-200000 г/моль и омыленность 95-100%) при температуре 60-90°С в течение 2-8 часов. Дисперсия расщепленных ламинарных частиц минерала может стабилизироваться с помощью стабилизирующей добавки. Альтернативно, ламинарные частицы минерала расщепляли в растворе поливинилового спирта при температуре 60-90°С в течение 2-8 часов. Водную дисперсию сополимера этилена и акриловой кислоты добавляли к водной смеси поливинилового спирта и частиц минерала. Полученную смесь дисперсионно покрывали в количестве от около 1 до около 10 г/м², по весу сухого покрытия на тонкий бумажный несущий слой, покрытый пластиком. Влажное покрытие наносили в виде раствора/дисперсии в воде и сушили при температуре поверхности полотна 100-150°С с последующим отверждением при 170-190°С.

Пример приготовления 2

При приготовлении элемента барьерного материала/материала носителя крахмал приготавливали для использования в покрытии из сухого порошкообразного состояния путем смешивания 10 вес.% крахмала с водой при температуре окружающей среды с образованием суспензии.

Водную дисперсию от около 1 до 5 вес.% расщепленного минерала в виде хлопьевидных частиц (природных, например монтмориллонит, или синтетических, например лапонит), имеющую соотношение размеров около 50-5000, смешивали с водным раствором/дисперсией крахмала при температуре 60-90°С в течение 2-8 часов. Дисперсия расщепленных ламинарных частиц минерала может стабилизироваться с помощью стабилизирующей добавки. Альтернативно, ламинарные частицы минерала расщепляли в суспензии крахмала при температуре 60-90°С в течение 2-8 часов.

Полученную суспензию из крахмала и частиц минерала нагревали путем смешивания при температуре от 90 до 95°С и выдерживали при этой температуре в течение 30 минут. В процессе нагревания крахмал разбухал.

Если возможно, например, с Raisamyl 306 (Raisio) крахмал охлаждали до температуры окружающей среды перед использованием в покрытии. Однако, когда это могло привести к гелеобразованию, например, с Cerestar, крахмальную композицию покрывали горячей (60°С).

Влажный вес, приблизительно в десять раз превышающий желаемый вес сухого покрытия, наносили на несущий слой в форме полотна посредством способа покрытия жидкостной пленкой/дисперсионного покрытия.

Для композиции, содержащей крахмал, первую стадию сушки при использовании инфракрасного нагревания до температуры поверхности полотна 80-100°С использовали, чтобы ускорить процесс сушки, с последующей стадией сушки горячим воздухом, на которой крахмальное покрытие сушили горячим воздухом при скорости полотна 1 м/мин, при температуре 110°С. В общем, температура поверхности полотна 80-110°С подходит в зависимости от линейной скорости.

Предпочтительно, высушенный слой крахмала экструзионно покрывали полиэтиленом низкой плотности. Около 25 г/м² этого полиэтилена экструдировали на высушенный слой крахмала при около 200 м/мин, 325°С, охлаждающий валик при 10-15°С, как указано выше. Расстояние между экструзионной формой и полотном обычно составляло 10-30 см. Экструдированный полиэтилен низкой плотности ударяет полотно точно перед входом между охлаждающим валиком и противодействующим прижимным валиком.

Для специалиста в данной области будет очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается показанным вариантом выполнения, а могут осуществляться различные его модификации и изменения без отхода от объема концепции изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения. Например, показанные структуры ламинированного упаковочного материала, естественно, не ограничиваются показанным количеством слоев и это количество может быть как больше, так и меньше и также может свободно изменяться в соответствии с желаемым использованием упаковочного материала.

Изобретение относится к способу производства ламинированного упаковочного материала, содержащего сердцевинный слой из бумаги или картона и барьерный слой, нанесенный на одну сторону сердцевинного слоя, а также к ламинированному упаковочному материалу, изготовленному согласно этому способу, и к упаковочным контейнерам из этого ламинированного упаковочного материала. В описываемом способе жидкостную газобарьерную полимерную композицию, содержащую дисперсию или раствор полимера и неорганическое слоистое вещество, наносят в качестве барьерного слоя на по меньшей мере одну сторону несущего слоя и сушат в процессе нагревания для удаления диспергатора или растворителя. После этого несущий слой с нанесенным высушенным барьерным слоем объединяют и постоянно соединяют с одной стороной сердцевинного слоя. Получаемый в результате осуществления способа ламинированный упаковочный материал в форме листа или полотна используют для упаковочного контейнера, изготовленного путем образования сгибов на нем. Изобретение позволяет получить высокие кислородобарьерные свойства, исключить избыточное поглощение влаги в сердцевинном слое и последующее образование трещин при сушке покрытого сердцевинного слоя. 3 н. и 23 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ производства ламинированного упаковочного материала (10), содержащего сердцевинный слой (16) из бумаги или картона и барьерный слой (14), нанесенный на одну сторону сердцевинного слоя, отличающийся тем, что жидкостную газобарьерную полимерную композицию, содержащую дисперсию или раствор полимера и неорганическое слоистое вещество, наносят в качестве барьерного слоя (14) на по меньшей мере одну сторону несущего слоя (11) и сушат в процессе нагревания для удаления диспергатора или растворителя, после чего несущий слой (11) с нанесенным высушенным барьерным слоем (14) объединяют и постоянно соединяют с одной стороной сердцевинного слоя (16).2. Способ по п.1, отличающийся тем, что неорганическое слоистое вещество диспергируют до отслаиваемого и расслаиваемого состояния в жидкостной барьерной композиции и в высушенном барьерном слое.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что барьерный слой (14) наносят посредством жидкостного пленочного покрытия жидкостной барьерной полимерной композиции, дополнительно содержащей неорганическое слоистое вещество.4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что барьерный слой (14) включает от около 1 до около 30% неорганического слоистого вещества от веса сухого покрытия.5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что барьерный слой (14) включает от около 70 до около 99% полимера от веса сухого покрытия.6. Способ по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что количество жидкостной газобарьерной композиции, покрываемой несущий слой, составляет от около 1 до около 10 г/м² от веса сухого покрытия.7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что жидкостная газобарьерная композиция, наносимая в качестве барьерного слоя (14), включает полимер с функциональными гидроксильными группами.8. Способ по п.7, отличающийся тем, что полимер с функциональными гидроксильными группами выбирают из поливинилового спирта, этиленвинилового спирта, крахмала, производных крахмала, карбоксиметилцеллюлозы и других производных целлюлозы или смеси двух из них или более.9. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что жидкостную газобарьерную композицию, наносимую в качестве барьерного слоя (14), сушат и выборочно отверждают при температуре около 80-230°С.10. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что жидкостная газобарьерная композиция, наносимая в качестве барьерного слоя (14), также включает полимер с функциональными группами карбоновой кислоты.11. Способ по п.10, отличающийся тем, что полимер с функциональными группами карбоновой кислоты выбирают из сополимера этилена и акриловой кислоты и сополимера этилена и метакриловой кислоты или их смесей.12. Способ по п.11, отличающийся тем, что барьерный слой (14), по существу, состоит из смеси поливинилового спирта, сополимера этилена и акриловой кислоты и неорганического слоистого вещества.13. Способ по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что барьерный слой (14), по существу, состоит из смеси крахмала или производных крахмала и неорганического слоистого вещества.14. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что высушенный барьерный слой (14) отверждают при температуре поверхности полотна до 190°С.15. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что жидкостную барьерную композицию наносят в качестве барьерного слоя (14), сушат при температуре поверхности полотна от 140 до 160°С и отверждают при температуре поверхности полотна от 170 до 190°С.16. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что несущий слой (11) состоит из бумаги.17. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что несущий слой (11) состоит из бумаги плотностью приблизительно 5-35 г/м².18. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что несущий слой (11) состоит из бумаги, покрытой пластиком.19. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что несущий слой (11), несущий по меньшей мере один барьерный слой (14), объединяют и соединяют с сердцевинным слоем путем экструзии слоя термопластика (19) между ними.20. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что несущий слой (11) несет барьерный слой (14) на одной его стороне и объединен с сердцевинным слоем (16) посредством экструзии слоя термопластика между несущим слоем и сердцевинным слоем.21. Способ по п.20, отличающийся тем, что наружный слой (21) термопластика наносят на барьерный слой (14) посредством экструзии.22. Способ по п.20, отличающийся тем, что несущий слой (11) несет барьерный слой (14) на одной или обеих сторонах и объединен с сердцевинным слоем посредством экструзии слоя термопластика (19) между сердцевинным слоем и барьерным слоем.23. Способ по п.22, отличающийся тем, что несущий слой несет барьерный слой на обеих его сторонах, а слой термопластика наносят на наружный слой барьерного материала посредством экструзии.24. Способ по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что слой (19) пластика, наносимый между сердцевинным слоем (16) и несущим слоем (11) или барьерным слоем (14), включает вещество, действующее в качестве светового барьера.25. Ламинированный упаковочный материал (10), отличающийся тем, что он изготовлен способом по любому из пп.1-24.26. Упаковочный контейнер (50), отличающийся тем, что он изготовлен путем образования сгибов ламинированного упаковочного материала (10) по п.25 в форме листа или полотна.